CN111110280A - 一种超声诊疗*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超声诊疗***，包括：功率源、以及与所述功率源连接的控制设备和多个超声换能器；所述功率源包括函数发生器、与所述函数发生器连接的多路调制器、以及反馈***；所述控制设备，控制所述函数发生器产生激发信号，并控制所述多路调制器将所述激发信号发送至用户指定的所述超声换能器。本发明提供的超声诊疗***能够在较宽的频率范围——20kHz‑5MHz，其通过集成反馈***，以实时测量超声换能器的输出的振动的振幅和频率，以实现更加稳定、准确的功率输出。

Description

一种超声诊疗***
技术领域
本发明涉及超声波医疗领域，尤其涉及一种超声诊疗***。
背景技术
超声技术在医学领域的主流应用为通过超声成像的临床诊断。近年来，超声技术应用于肿瘤治疗的研究发展迅速。超声非创伤性***可通过高强度聚焦超声产生的热效应消融肿瘤。此方法在部分肝癌和子宫肌瘤治疗已经有成功应用。另外，通过静脉注射微泡联合超声空化效应(也称超声空化消融)，以实现微血管栓赛，可以对肿瘤血管产生肿瘤微循环阻断效应，达到抑制肿瘤生长的作用。
虽然已有的技术也有用于超声空化消融的超声波治疗***，如中国专利号ZL200510105990.6公开了一种低频低功率聚焦超声波治疗仪，包括功率放大器与超声换能器，其超声换能器的工作频率为20kHz到500kHz之间。又如中国专利号ZL200420062052.3公开了一种超声辐射微泡试剂致肿瘤血管栓赛的装置，包括超声治疗装置和区域定位装置，其超声治疗装置的工作频率为20kHz到50kHz之间。但是上述的技术的工作频率范围较窄，无法覆盖从低频(如20kHz)到高频——如5MHz的范围。国外最近的研究综述(A.K.W.Wood,et al,Ultrasound Med Biol.2015,41,905-928)显示，超声非创伤性***在20kHz到5MHz之间都有良好的效果，具体的超声波频率根据肿瘤类型以及深度而定。
超声波肿瘤治疗的时间比普通医疗超声成像要长，一般为数十分钟。超声波换能器在长时间的工作的条件下的发热会导致谐振频率偏移。如果功率放大器的驱动信号(如频率、电压)无法有效地相应调整，超声波换能器的输出功率会大幅偏离所需的数值。所以超声波肿瘤治疗***需要集成反馈***以达到稳定、准确的输出功率，以达到患者所需的超声剂量。
另外，长时间的超声波治疗对于超声换能器与皮肤的耦合有较高的要求。一般的超声波治疗采用超声耦合剂，但是治疗过程中耦合剂的效果与治疗环境、操作习惯、患者姿态等等因素有关。如果耦合效果不佳，那么患者就很难接收到需要的超声计量，而且有可能会导致超声换能器的损坏。
因此，研制一种新的超声诊疗***十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声诊疗***，该***能够在较宽的频率范围提供超声治疗。
本发明的一种超声诊疗***，其技术方案为：
该超声诊疗***包括功率源、以及与所述功率源连接的控制设备和多个超声换能器；
所述功率源包括函数发生器、与所述函数发生器连接的多路调制器、以及反馈***；
所述控制设备，控制所述函数发生器产生激发信号，并控制所述多路调制器将所述激发信号发送至用户指定的所述超声换能器。
本发明提供的一种超声诊疗***，还包括如下附属技术方案：
其中，所述功率源还包括：
功率放大器，以及为所述功率放大器供电的电源模块；
所述功率放大器的输入端与所述函数发生器连接，所述功率放大器的输出端与所述多路调制器连接。
所述功率放大器将所述函数发生器产生的激发信号调整至所述超声换能器所需的激发信号。
其中，所述反馈***的输入端与所述多路调制器连接，所述反馈***的输出端与所述控制设备连接；
所述反馈***采集所述多路调制器上的反馈信号，并将所述反馈信号发送至所述控制设备，所述控制设备根据所述反馈信号调整所述超声换能器的激励信号。
其中，所述超声换能器的金属声头表面集成有传感器。
其中，所述多种信号包括所述函数发生器的产生的激发信号、以及所述传感器采集的信号。
其中，所述传感器包括薄膜型压电传感器和温度传感器；
所述薄膜型压电传感器采集所述超声换能器输出的振动的振幅和频率，并通过所述反馈***将所述超声换能器输出的振动的振幅和频率反馈至所述控制设备；
所述温度传感器采集所述超声换能器表面产生的热量，并通过所述反馈***将所述超声换能器表面产生的热量反馈至所述控制设备。
其中，所述超声换能器的金属声头表面集成有超声耦合垫；
所述超声耦合垫的声阻抗介于金属声头的声阻与人体皮肤的声阻之间；
所述超声换能器产生的超声波通过所述超声耦合垫传导至患者的治疗区域。
其中，所述超声换能器的金属声头表面集成有热电制冷片，所述热电制冷片与所述反馈***连接，其制冷面与所述超声换能器的金属声头接触。
其中，所述超声换能器的频率为20kHz-5MHz，其采用压电复合材料制成。
其中，所述超声耦合垫采用弹性乳胶材料制成。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明提供的超声诊疗***能够在较宽的频率范围——20kHz-5MHz，其通过集成反馈***，以实时测量超声换能器的输出的振动的振幅和频率，以实现更加稳定、准确的功率输出。
附图说明
图1为一种超声诊疗***的结构示意图；
图2为本发明一种超声诊疗***中的超声换能器的结构示意图。
图中，1-功率源，2-控制设备，3-超声换能器，11-函数发生器，12-多路调制器，13-反馈***，14-功率放大器，15-电源模块，31-压电器件，32-金属声头表面，33-温度传感器，34-压电传感器，35-热电制冷片，36-超声耦合垫。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本发明提供的一种超声诊疗***，如图1所示，包括：
功率源1、以及与所述功率源1连接的控制设备2和多个超声换能器3；
所述功率源1包括函数发生器11、与所述函数发生器11连接的多路调制器12、以及反馈***13；
所述控制设备2控制所述函数发生器11产生激发信号，并控制所述多路调制器12将所述激发信号发送至用户指定的所述超声换能器3；其中，所述激发信号包括电压信号和频率信号。
需要说明的是，本实施例中的控制设备可以为计算机。
本发明提供的超声诊疗***能够在较宽的频率范围—例如2kHz-50MHz，优选的20kHz-5MHz提供超声治疗，通过集成反馈***，以实时测量超声换能器的输出的振动的振幅和频率，以实现更加稳定、准确的功率输出。
在一个实施例中，如图1所示，所述功率源1还包括：
功率放大器14，以及为所述功率放大器14供电的电源模块15；
所述功率放大器14的输入端与所述函数发生器11连接，所述功率放大器14的输出端与所述多路调制器12连接。
所述功率放大器14将所述函数发生器11产生的激发信号调整至所述超声换能器3所需的激发信号。
具体地，所述功率放大器14将所述函数发生器11产生的电压信号和频率信号放大至所述超声换能器3所需的电压信号和频率信号。
在一个实施例中，如图1所示，所述反馈***13的输入端与所述多路调制器12连接，所述反馈***13的输出端与所述函数发生器11连接；
所述反馈***采集所述多路调制器12上的反馈信号，并将所述反馈信号发送至所述控制设备2，所述控制设备2根据所述反馈信号调整所述超声换能器3的激励信号。
在一个实施例中，如图2所示，所述超声换能器3的金属声头32表面集成有传感器。
可选地，所述传感器包括薄膜型压电传感器34和温度传感器33；
所述薄膜型压电传感器34采集所述超声换能器输出的振动的振幅和频率，并通过所述反馈***13将所述超声换能器3输出的振动的振幅和频率反馈至所述控制设备2；
所述温度传感器33采集所述超声换能器3表面产生的热量，并通过所述反馈***13将所述超声换能器3表面产生的热量反馈至所述控制设备2。
在一个实施例中，如图2所示，所述超声换能器3的金属声头32表面集成有超声耦合垫36；所述超声耦合垫36的声阻抗介于金属声头的声阻与人体皮肤的声阻之间，所述超声换能器产生的超声波通过所述超声耦合垫36传导至患者的治疗区域。本实施例通过在超声换能器3的金属声头32表面集成超声耦合垫，以保证超声治疗过程中，超声换能器3与患者身体之间能够处于持续较佳的耦合效果。
在一个实施例中，如图2所示，所述超声换能器3的金属声头32表面集成有热电制冷片35，所述热电制冷片35与所述反馈***13连接，其制冷面与所述超声换能器3的金属声头接触。本实施例中的热电制冷片用于在超声治疗过程中冷却超声换能器，以避免超声换能器过热。
其中，所述超声换能器的频率为20kHz-5MHz，其采用压电复合材料制成。本实施例中采用该压电材料制作的述超声换能器具有较低的机械品质因数和较宽的带宽，且其谐振频率范围较宽，其单个超声换能器的工作频率能够在较宽的范围内调整。
其中，所述超声耦合垫采用弹性乳胶材料制成。
如图2所示，本实施例中的超声换能器3在使用时，超声换能器3中的超声波从压电器件31产生，由金属声头32传递出，超声换能器3的温度由温度传感器33测量并反馈给控制电脑，金属声头32传递出的超声波振动幅度和频率由压电传感器34测量并反馈给控制设备；超声换能器可由热电制冷片35冷却；金属头传递出的超声波由超声耦合垫36传递出。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种超声诊疗***，其特征在于，所述***包括：
功率源、以及与所述功率源连接的控制设备和多个超声换能器；
所述功率源包括函数发生器、与所述函数发生器连接的多路调制器、以及反馈***；
所述控制设备，控制所述函数发生器产生激发信号，并控制所述多路调制器将所述激发信号发送至用户指定的所述超声换能器。
2.根据权利要求1所述的一种超声诊疗***，其特征在于：所述功率源还包括：
功率放大器以及为所述功率放大器供电的电源模块；
所述功率放大器的输入端与所述函数发生器连接，所述功率放大器的输出端与所述多路调制器连接。
所述功率放大器将所述函数发生器产生的激发信号调整至所述超声换能器所需的激发信号。
3.根据权利要求1或2所述的一种超声诊疗***，其特征在于：
所述反馈***的输入端与所述多路调制器连接，所述反馈***的输出端与所述控制设备连接；
所述反馈***采集所述多路调制器上的反馈信号，并将所述反馈信号发送至所述控制设备，所述控制设备根据所述反馈信号调整所述超声换能器的激励信号。
4.根据权利要求3所述的一种超声诊疗***，其特征在于：所述超声换能器的金属声头表面集成有传感器。
5.根据权利要求4所述的一种超声诊疗***，其特征在于：所述反馈信号包括所述函数发生器产生的激发信号、以及所述传感器采集的信号。
6.根据权利要求4所述的一种超声诊疗***，其特征在于：所述传感器包括薄膜型压电传感器和温度传感器；
所述薄膜型压电传感器采集所述超声换能器输出的振动的振幅和频率，并通过所述反馈***将所述超声换能器输出的振动的振幅和频率反馈至所述控制设备；
所述温度传感器采集所述超声换能器表面产生的热量，并通过所述反馈***将所述超声换能器表面产生的热量反馈至所述控制设备。
7.根据权利要求1或2所述的一种超声诊疗***，其特征在于：所述超声换能器的金属声头表面集成有超声耦合垫；
所述超声耦合垫的声阻抗介于金属声头的声阻与人体皮肤的声阻之间；
所述超声换能器产生的超声波通过所述超声耦合垫传导至患者的治疗区域。
8.根据权利要求1或2所述的一种超声诊疗***，其特征在于：所述超声换能器的金属声头表面集成有热电制冷片，所述热电制冷片与所述反馈***连接，其制冷面与所述超声换能器的金属声头接触。
9.根据权利要求1或2所述的一种超声诊疗***，其特征在于：所述超声换能器的频率为20kHz-5MHz，其采用压电复合材料制成。
10.根据权利要求7所述的一种超声诊疗***，其特征在于：所述超声耦合垫采用弹性乳胶材料制成。
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